科技的進步以及人們物質生活水平的提高，逐漸推動了智能家居概念的出現。現在，身為物聯網的十大應用領域之一，智能家居的應用與生活息息相關。各種無線通信技術的不斷發展，使家庭智能系統的智能化和遠程控制成為一種現實。對于家庭網絡通信而言，傳輸數據量小，在傳輸速率上要求不高，網絡容量大，家電設備多，所以要求信息實時性好、時延短、成本低。

　　ZigBee作為一種新興無線網絡通信技術，它的低成本、低功耗和較寬的覆蓋范圍，使其應用在智能家居領域具有很大的優勢。針對目前市場上的智能家居產品結構復雜、通用性能不強及用戶體驗不佳等問題，本文設計并實現了一種更為完善的智能家居系統。

　　1 系統整體方案設計

　　1.1 系統構成

　　智能家居系統主要由家庭網關、ZigBee模塊、GSM／GPRS模塊、Wi-Fi模塊、液晶觸摸屏、各類傳感器以及手機軟件終端等組成。家庭網關是整個系統的核心控制部分，其中ZigBee協調器負責無線采集和控制網絡的鏈接、數據的分析以及指令的下達；ZigBee各模塊則是采集環境信息并根據指令對底層設備進行控制。系統總體框圖如圖1所示。

　　用戶可通過遠程網絡或者手機軟件把控制命令發送給家庭網關，由ZigBee協調器對下面負責環境信息采集或控制家電的各個ZigBee模塊進行控制，家庭網關也能通過GPRS或Wi-Fi向手機軟件反饋設備運行狀況和采集到的數據。當設置在家中的傳感器探測到有異常情況時，不僅家中的報警器會開始報警，系統還會通過GSM／GPRS模塊向用戶的手機發送報警短信。

　　1.2 ZigBee網絡拓撲結構

　　ZigBee的網絡拓撲結構主要有3種：星形、樹形、網形。星形網結構簡單，成本低，但是通信會受到距離的限制，覆蓋范圍小；樹形網存在路由，所以覆蓋范圍比星形網要大，但是一旦某個路由發生故障，與其相連的節點就會從網絡中斷開；網形網結構較復雜，覆蓋范圍大，可靠性能較高。

　　居住面積不大的家庭用星形網有較高的性價比，如果居住面積較大則用網形網絡會有更好的效果。本智能家居系統選用星形網絡建立拓撲結構。

　　2 系統硬件設計

　　2.1家庭網關主控制器

　　本智能家居系統的設計中，網關主控制器的控制芯片采用了三星公司的S3C6410，它是16/32位RISC微處理器，采用ARM1176JZF-S內核，主頻達到667 MHz，能夠滿足系統對實時性的要求。S3C6410支持最大分辨率為1 024×1 024的TFT 24 bit LCD屏，具有2路IIC、4路UART以及全功能的SPI，它還有兩個PCM Audio接口、兩個USB接口和SD／MMC接口，可以非常方便地進行外圍擴展。S3C6410價格低、性能高且功耗低，完全符合本設計要求。在添加了電源模塊、GSM／GPRS模塊、觸摸屏以及Wi-Fi模塊等外圍電路后，便組成了家庭網關主控制器。網關內核心模塊關系圖如圖2所示。

　　2.2 ZigBee模塊

　　本設計中ZigBee模塊分為射頻收發模塊和底層控制板兩個部分。

　　射頻收發模塊采用美國德州儀器公司的CC2530芯片作為控制芯片。CC2530芯片是用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE上的一個真正片上系統解決方案，它能夠用低成本的材料組建強大的網絡節點，能夠友好地支持低功耗無線通信。底層控制板與射頻收發模塊相連，上面有一個8位撥碼開關輸入、2路數字量輸入、2路數字量輸出、1路模擬量輸入、1路模擬量輸出以及1個IIC總線接口。其中，ZigBee協調器模塊通過RS232串口與家庭網關相連接。底層控制板的通用性良好，根據8位撥碼開關可選擇自身的功能，用戶能夠根據需求對底層的節點進行擴展。

　　2.3 GSM／GPRS模塊

　　本設計中采用了晨訊科技的GSM／GPRS模塊SIM300。SIM300是小體積即插即用模組中完善的GSM／GPRS解決方案，它內嵌強大的TCP／IP協議棧，能夠以小尺寸和低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的高速傳輸。SIM300上電后自動附著在GPRS網絡上，并與數據中心建立通信鏈路，隨時收發遠端用戶設備和控制中心的數據。網關通過RS232串口與SIM300連接，并以AT指令控制其打電話、發短信。